13. Обмен веществ и энергии

Определения и обозначения

Обмен веществ — совокупность процессов поступления веществ в организм, их преобразования и удаления продуктов обмена. Иначе говоря, организм получает нужные материалы, использует их и избавляется от ненужного. Все эти части необходимы, чтобы клетки могли работать и обновляться.

Питание — поступление в организм веществ, необходимых для построения тела и получения энергии. С пищей или из окружающей среды организм получает исходный материал для дальнейших преобразований. Поэтому питание — часть обмена веществ, а не весь обмен целиком.

Пластический обмен — образование сложных веществ из более простых; эти вещества используются для роста и обновления клеток. Например, клетки строят из полученного сырья свои части. Благодаря этому организм растёт, а изношенные структуры заменяются новыми.

Энергетический обмен — расщепление сложных веществ, при котором высвобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности. Клетки расходуют эту энергию на свою работу и работу всего организма. Без энергетического обмена полученные вещества не могли бы обеспечить процессы жизни.

Как это устроено

Организм получает вещества из окружающей среды, потому что сам не может обойтись без исходных материалов для обмена. Растения поглощают воду и минеральные соли, а также получают углекислый газ; животные берут готовые органические вещества с пищей. Различие связано с тем, какие вещества нужны каждому организму и как он их получает. Поступление веществ даёт начало дальнейшим процессам обмена.

Полученные вещества должны попасть к клеткам, ведь именно клетки являются основными единицами строения и жизнедеятельности организма. Внутри организма вещества перемещаются от места поступления к тем клеткам, где они нужны. Клетки используют их для создания новых структур и замены старых. Если бы вещества оставались только снаружи или не доходили до клеток, организм не мог бы обновляться.

При пластическом обмене из простых веществ образуются сложные, потому что клеткам требуется материал для построения собственных частей. Новые вещества помогают организму расти, а также восполнять изношенные и повреждённые структуры. Это происходит не только у молодых организмов: клетки постоянно обновляются и у взрослых. Так организм сохраняет своё строение.

При энергетическом обмене сложные органические вещества расщепляются на более простые. В ходе такого преобразования высвобождается энергия, заключённая в этих веществах, а не появляется новая энергия из ничего. Клетки используют её для процессов жизнедеятельности. Поэтому энергетический обмен обеспечивает работу организма, даже когда тело уже не растёт.

Обмен веществ включает поступление, преобразование и выведение, потому что после использования часть веществ становится ненужной. Эти продукты должны быть удалены, иначе они будут мешать нормальной работе организма. Поступление и преобразование обеспечивают клетки материалом и энергией, а выведение поддерживает внутренний порядок. Все этапы связаны: без любого из них обмен не был бы полным.

Основные стороны обмена веществ

Чтобы определить сторону обмена, сначала посмотрите, что происходит с веществами: они соединяются в более сложные или расщепляются. Затем проверьте результат: образование новых веществ относится к пластическому обмену, а высвобождение энергии при расщеплении — к энергетическому. Таблица помогает сравнивать процессы по одинаковым признакам.

Разбор задач

Задача 1. Растение поглотило воду и минеральные соли. Объясните, как эти вещества могут быть использованы организмом. Нужно проследить путь веществ от поступления до клеток и понять, для чего они там нужны. Одного факта о поглощении недостаточно, чтобы описать весь обмен.

1. Вода и минеральные соли поступили в растение из окружающей среды. Это первый этап обмена веществ.
2. Затем вещества перемещаются внутри растения и достигают клеток. Клетки получают их как материал для дальнейших процессов.
3. В клетках поступившие вещества могут использоваться при построении новых клеточных структур и обновлении старых. Такое образование сложных веществ относится к пластическому обмену.

Ответ. Вода и минеральные соли перемещаются к клеткам и участвуют в процессах, нужных для их работы и построения новых структур. Их поступление само по себе ещё не описывает весь обмен веществ.

Задача 2. В организме сложные органические вещества распались на более простые. Определите сторону обмена и объясните, что происходит с энергией. В условии важны два признака: вещества расщепляются, а исходные вещества сложные. По ним можно отличить процесс от образования новых веществ.

1. Сначала определяем направление преобразования: сложные органические вещества распадаются на более простые. Это не образование сложных веществ.
2. Сопоставляем признак с определением: расщепление сложных веществ относится к энергетическому обмену. Значит, ответом будет именно эта сторона обмена.
3. При таком преобразовании энергия высвобождается. Она необходима клеткам для процессов жизнедеятельности.

Ответ. Это энергетический обмен. При расщеплении сложных органических веществ высвобождается энергия, которую организм использует для своей работы.

Задача 3. У молодого организма увеличивается масса тела и одновременно расходуются питательные вещества для работы органов. Нужно объяснить, какие стороны обмена обеспечивают эти процессы и как они связаны. Сначала разделим два результата: увеличение тела и обеспечение его работы. Затем соотнесём каждый результат с подходящей стороной обмена.

1. Увеличение массы связано с образованием новых веществ и клеточных структур. Это результат пластического обмена.
2. Работа органов требует энергии. Её высвобождение при расщеплении сложных органических веществ обеспечивает энергетический обмен.
3. Обе стороны обмена нужны одновременно: пластический обмен строит и обновляет тело, а энергетический обеспечивает процессы его жизнедеятельности. Поэтому они не заменяют друг друга, а взаимосвязаны.

Ответ. Рост обеспечивает пластический обмен, а работу органов — энергетический. Они протекают совместно: организму нужны и новые вещества, и энергия.

Типичные ошибки

Ошибка: считать обмен веществ только питанием. Так думают, потому что поступление пищи заметно и понятно. Но питание обеспечивает лишь поступление веществ, а обмен включает также их преобразование и удаление продуктов. Проверьте себя: если в объяснении нет этих двух этапов, оно неполное.

Ошибка: путать пластический и энергетический обмен. Оба процесса связаны с веществами, поэтому их легко смешать. Спросите себя, что происходит: образование сложных веществ означает пластический обмен, а расщепление с высвобождением энергии — энергетический. Этот вопрос помогает быстро проверить ответ.

Ошибка: думать, что энергия возникает из ничего. Такое впечатление может сложиться, если говорить только о появлении энергии. На самом деле она высвобождается при преобразовании органических веществ. Проверьте себя: в объяснении должно быть указано, что именно расщепляется.

Ошибка: считать, что обмен нужен только растущему организму. Рост особенно заметен, поэтому кажется главной причиной обмена. Но он необходим также для поддержания жизнедеятельности, обновления и восстановления клеток. Проверьте себя: обмен важен и тогда, когда организм уже не увеличивается в размерах.

Связь с другими темами

Чтобы понять обмен веществ, нужно помнить, что клетка — основная единица строения и жизнедеятельности организма. Именно клетки используют поступившие вещества, строят новые структуры и получают энергию. Поэтому процессы организма связаны с работой клеток.

Представления об органических и неорганических веществах помогают понять, какие материалы поступают в организм. Знания о питании растений и животных объясняют, почему растения получают воду, минеральные соли и углекислый газ, а животные — готовые органические вещества с пищей. Так можно проследить начало обмена.

Эта тема пригодится при изучении дыхания, питания, роста и развития организмов. Эти процессы связаны с поступлением и преобразованием веществ, а также с использованием энергии. Понимание обмена помогает увидеть, как они поддерживают жизнь и изменения организма.

Что запомнить

• Обмен веществ — поступление, преобразование и удаление веществ.
• Вещества поступают в организм из окружающей среды.
• Пластический обмен обеспечивает образование сложных веществ и обновление тела.
• Энергетический обмен сопровождается расщеплением сложных веществ.
• При энергетическом обмене высвобождается энергия.
• Пластический и энергетический обмен взаимосвязаны и необходимы организму.